KR20070072988A - 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 - Google Patents

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KR20070072988A
KR20070072988A KR1020060000427A KR20060000427A KR20070072988A KR 20070072988 A KR20070072988 A KR 20070072988A KR 1020060000427 A KR1020060000427 A KR 1020060000427A KR 20060000427 A KR20060000427 A KR 20060000427A KR 20070072988 A KR20070072988 A KR 20070072988A
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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지는, 멤브레인을 중심에 두고 이의 양측에 제1 촉매 활성부 및 제2 촉매 활성부를 형성하여 이루어지는 막-전극 어셈블리와, 연료를 유통시키기 위한 제1 유로를 가지면서 상기 제1 촉매 활성부에 밀착되게 배치되는 애노드부재와, 공기를 유통시키기 위한 제2 유로를 가지면서 상기 제2 촉매 활성부에 밀착되게 배치되는 캐소드부재를 포함하며, 상기 막-전극 어셈블리는 상기 멤브레인의 가장자리 부분에 접합되어 상기 제1,2 촉매 활성부의 가장자리단에 연결되게 형성되는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은 접착제에 의하여 상기 멤브레인의 가장자리 부분, 및 상기 제1,2 촉매 활성부의 가장자리단에 접착되게 형성된다.
연료전지, MEA, 촉매활성부, 애노드전극층, 멤브레인, 캐소드전극층, 크로스오버, 가스켓, 접착제, 접착, 갭

Description

막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 {MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL WITH THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지의 예시적인 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 막-전극 어셈블리의 예시적인 실시예를 도시한 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료, 및 산소의 직접적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 직접 산화형 연료 전지에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 별도로 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서 구성된다.
이러한 연료 전지는 크게, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxydation Fuel Cell)(당 업계에서는 통상적으로 "직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)" 라고도 한다.)로 구분될 수 있다.
고분자 전해질형 연료 전지는 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체(이하에서는, 편의상 "스택" 이라 한다)로서 구성되며, 개질기로부터 수소 가스를 공급받고 공기펌프 또는 팬의 가동에 의하여 공기를 제공받아 수소 가스 중에 함유된 수소와 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다.
직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 수소 가스를 사용하지 않고 알코올계 연료와 공기를 직접적으로 제공받아 통상적인 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly)(이하에서는, "MEA" 라고 한다.)에 의하여 연료 중에 함유된 수소, 및 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다.
여기서, MEA는 연료와 공기를 유통시키기 위한 애노드판과 캐소드판 사이에 배치되는 바, 이 MEA는 멤브레인(membrane)을 중심에 두고 이의 양측에 애노드 전극층과 캐소드 전극층을 형성하여 이루어진다.
이와 같은 연료 전지에 있어, MEA는 애노드판과 캐소드판 사이의 기밀을 유지시키기 위한 가스켓을 구비하는 바, 이 가스켓은 핫 프레스 방식에 의해 멤브레인의 가장자리 부분에 접합되면서 애노드 전극층과 캐소드 전극층의 가장자리단에 연결되게 형성된다.
그런데, 종래의 연료 전지에 있어, MEA는 가스켓이 핫 프레스 방식에 의해 멤브레인의 가장자리 부분에 접합됨에 따라, 가스켓과 애노드 전극층, 가스켓과 캐소드 전극층 간 연결 부위의 접합 상태가 취약하거나 가스켓에 상응하는 멤브레인의 가장자리 부분이 프레스 압력을 이기지 못해 깨지는 등의 크랙 현상이 발생하게 된다.
이로 인해, 종래의 연료 전지 특히, 직접 산화형 연료 전지는 연료가 애노드판을 통해 애노드 전극층으로 공급되는 과정에서, 이 연료가 가스켓과 애노드 전극층 사이의 갭을 통해 캐소드 전극층으로 크로스 오버되게 된다.
따라서, 종래의 연료 전지는 상기에서와 같이 연료가 가스켓과 애노드 전극층 사이의 갭을 통해 캐소드 전극층으로 크로스 오버됨에 따라, 캐소드 전극층이 연료에 의해 피독되면서 이 캐소드 전극층의 내구성이 저하되고, 애노드 전극층 및 캐소드 전극층의 전위차를 저하시켜 전기 에너지의 출력 성능을 떨어뜨림은 물론, 전체 연료 전지에 대한 연료의 이용 효율이 떨어지게 되며, 연료가 대기 중으로 누출되면서 사용자에게 피해를 입히는 등의 2차적인 문제를 야기시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 가스켓을 멤브레인의 가장자리 부분, 및 애노드 전극층과 캐소드 전극층의 가장자리단에 접착시키는 간단한 구조로서 연료가 가스켓과 애노드 전극층 사이의 갭을 통해 캐소드 전극층으로 크로스 오버되는 것을 방지할 수 있는 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 막-전극 어셈블리는, 멤브레인을 중심에 두고 이의 양측에 형성되는 촉매 활성부와, 상기 멤브레인의 가장자리 부분에 접합되어 상기 각 촉매 활성부의 가장자리단에 연결되게 형성되는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은 접착제에 의하여 상기 멤브레인의 가장자리 부분, 및 상기 각 촉매 활성부의 가장자리단에 접착되게 형성된다.
상기 막-전극 어셈블리는, 상기 접착제가 아크릴산 접착제인 것이 바람직하다. 대안으로서, 상기 막-전극 어셈블리는 상기 접착제가 이소프렌-부타디엔(isoprene-butadiene), 설퍼네이트 공중합체(sulfonate copolymers), 설퍼-에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(sulfo-Ethylene Propylene Diene Monomer), 설퍼-부틸(sulfo-butyl)계 고분자, 설퍼네이티드 디엔 러버(sulfonated diene rubber), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리우레탄(polyurethane)계 접착수지, 및 핫 멜트형 폴리우레탄(hot melt type polyurethane)계 접착수지로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 일 수도 있다.
상기 막-전극 어셈블리에 있어서, 상기 촉매 활성부는 상기 멤브레인의 일측에 형성되는 애노드 전극층, 및 상기 멤브레인의 다른 일측에 형성되는 캐소드 전극층으로서 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지는, 멤브레인을 중심에 두고 이의 양측에 제1 촉매 활성부 및 제2 촉매 활성부를 형성하여 이루어지는 막-전극 어셈블리와, 연료를 유통시키기 위한 제1 유로를 가지면서 상기 제1 촉매 활 성부에 밀착되게 배치되는 애노드부재와, 공기를 유통시키기 위한 제2 유로를 가지면서 상기 제2 촉매 활성부에 밀착되게 배치되는 캐소드부재를 포함하며, 상기 막-전극 어셈블리는 상기 멤브레인의 가장자리 부분에 접합되어 상기 제1,2 촉매 활성부의 가장자리단에 연결되게 형성되는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은 접착제에 의하여 상기 멤브레인의 가장자리 부분, 및 상기 제1,2 촉매 활성부의 가장자리단에 접착되게 형성된다.
상기 연료 전지는, 상기 접착제가 아크릴산 접착제, 이소프렌-부타디엔(isoprene-butadiene), 설퍼네이트 공중합체(sulfonate copolymers), 설퍼-에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(sulfo-Ethylene Propylene Diene Monomer), 설퍼-부틸(sulfo-butyl)계 고분자, 설퍼네이티드 디엔 러버(sulfonated diene rubber), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리우레탄(polyurethane)계 접착수지, 및 핫 멜트형 폴리우레탄(hot melt type polyurethane)계 접착수지로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 일 수 있다.
상기 연료 전지에 있어서, 상기 제1 촉매 활성부는 애노드 전극층이고, 제2 촉매 활성부는 캐소드 전극층인 것이 바람직하다.
상기 연료 전지는, 상기 제1 유로가 상기 애노드부재에 사행(蛇行: meander)의 채널 형태로서 이루어질 수 있다.
상기 연료 전지는, 상기 제2 유로가 상기 캐소드부재에 복수의 통기공으로서 형성될 수 있다.
상기 연료 전지는, 상기 애노드부재, 및 상기 캐소드부재가 서로 다른 극성 의 전류를 집전하는 집전판으로서 구성될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지의 예시적인 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지(100)를 설명하면, 이 연료 전지(100)는 연료 및 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키고, 이 전기 에너지를 소정의 전자기기로 출력시키는 발전 시스템으로서 구성된다.
이러한 연료 전지(100)는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올계 연료, 및 대기 중의 공기를 직접적으로 제공받아 연료 중에 함유된 수소의 산화 반응, 및 공기 중에 함유된 산소의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 통상적인 패시브(passive) 타입의 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)로서 구성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 실시예에 의한 연료 전지(100)는 연료 공급장치(도면에 도시되지 않음) 또는 연료의 모세관 작용 또는 농도차 등에 의해 연료를 공급받고, 자연 확산 또는 대류 작용에 의해 대기 중의 공기를 제공받아 이 연료와 공기의 산화 반응, 및 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 플레이트 타입의 연료전 지 본체로서 이루어진다. 바람직하게, 본 실시예에 의한 연료 전지(100)는 적어도 하나의 연료전지 본체를 평면적으로 배치하여 구성되는 모노폴라 타입의 연료전지로서 이루어진다. 이러한 연료 전지(100)는 도면에서, 단일의 연료전지 본체로서 도시되고 있으나, 이는 본 발명을 설명하기 위하여 도면을 편의상 간략화한 것에 불과하며, 연료전지 본체를 복수로 구비하고 이들 연료전지 본체를 연속적으로 배치함으로써 본 실시예에 의한 연료 전지(100)를 구성할 수도 있다.
상술한 바와 같은 연료 전지(100)의 구성을 살펴 보면, 이 연료 전지(100)는 기본적으로, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly)(이하에서는, "MEA" 라고 한다.)(10)와, 이 MEA(10)를 중심에 두고 이의 양측에 밀착되게 배치되는 애노드부재(40), 및 캐소드부재(60)를 포함하여 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 막-전극 어셈블리의 예시적인 실시예를 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에서 MEA(10)는 일면에 제1 촉매 활성부(11)를 형성하고, 다른 일면에 제2 촉매 활성부(12)을 형성하며, 이들 제1,2 촉매 활성부(11, 12) 사이에 멤브레인(Membrane)(13)을 형성하여 구성된다.
여기서, 제1 촉매 활성부(11)는 애노드부재(40)를 통해 공급되는 연료를 확산시키는 반응물 확산층(도면에 도시되지 않음)을 가지면서 연료에 함유된 수소를 산화 반응시켜 이 수소를 전자와 수소 이온으로 분리시키는 통상적인 애노드 전극층(11a)으로서 형성된다. 멤브레인(13)은 제1 촉매 활성부(11)에서 수소로부터 분리된 수소 이온을 제2 촉매 활성부(12)로 이동시키는 고분자 전해질 막으로서 형성 된다. 그리고, 제2 촉매 활성부(12)는 캐소드부재(60)를 통해 공급되는 공기를 확산시키는 반응물 확산층(도면에 도시되지 않음)을 가지면서 제1 촉매 활성부(11)로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 별도로 제공되는 산소를 환원 반응시켜 수분, 및 열을 발생시키는 통상적인 캐소드 전극층(12a)으로서 형성된다.
본 실시예에서, 애노드부재(40)는 MEA(10)의 제1 촉매 활성부(11)와 상호 밀착되게 배치되는 플레이트 타입의 전도성 메탈 소재로서 이루어지며, 연료를 MEA(10)의 제1 촉매 활성부(11)로 분산 공급하는 기능 외에, 제1 촉매 활성부(11)에서 수소로부터 분리된 전자를 뒤에서 더욱 설명하는 캐소드부재(60)로 이동시키는 전도체로서의 기능을 하게 된다.
이를 위해 애노드부재(40)는 연료를 MEA(10)의 제1 촉매 활성부(11)로 유통시키기 위한 제1 유로(42)를 구비하는 바, 이 제1 유로(42)는 MEA(10)의 제1 촉매 활성부(11)에 대응하는 영역에 채널 형태로서 형성된다. 바람직하게, 제1 유로(42)는 MEA(10)의 제1 촉매 활성부(11)와 마주하는 애노드부재(40)의 일면에 임의의 간격을 두고 직선 상태로 배치되며 이의 양단을 교호적으로 연결하여 사행(蛇行: meander)의 형상으로 형성되고 있다.
이에 더하여, 애노드부재(40)는 상술한 바와 같이 캐소드부재(60)로 전자를 이동시키는 전도체로서의 기능을 하게 되는 바, 캐소드부재(60)와 서로 다른 극성의 전류를 집전하는 집전판(41)으로서 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 캐소드부재(60)는 MEA(10)의 제2 촉매 활성부(12)와 상호 밀착되게 배치되는 플레이트 타입의 전도성 메탈 소재로서 이루어지며, 공기의 자연 확산 또는 대류 작용에 의해 대기 중의 공기를 MEA(10)의 제2 촉매 활성부(12)로 분산 공급하는 기능 외에, 애노드부재(40)로부터 전자를 받는 전도체로서의 기능을 하게 된다.
이를 위해 캐소드부재(60)는 대기 중의 공기를 MEA(10)의 제2 촉매 활성부(12)로 유통시키기 위한 제2 유로(62)를 형성하는 바, 이 제2 유로(62)는 MEA(10)의 제2 촉매 활성부(12)에 대응하는 영역에 대하여 캐소드부재(60)의 플레이트를 관통하는 복수의 통기공들(63)로서 형성된다.
이에 더하여, 캐소드부재(60)는 상술한 바와 같이 애노드부재(40)로부터 전자를 받는 전도체로서의 기능을 하게 되는 바, 애노드부재(40)와 서로 다른 극성의 전류를 집전하는 집전판(61)으로서 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 의한 MEA(10)는 각 촉매 활성부(11, 12)의 가장자리 부분에 연결되게 형성되는 가스켓(15)을 구비하고 있다. 이 가스켓(15)은 MEA(10)와 이MEA(10)의 양측에 배치되는 애노드부재(40) 및 캐소드부재(60) 사이의 기밀을 유지시키기 위한 것이다. 즉, 가스켓(15)은 애노드부재(40)와 캐소드부재(60) 사이에서 이 애노드부재(40)를 통해 제1 촉매 활성부(11)로 분산 공급되는 연료가 애노드부재(40)로부터 제2 촉매 활성부(12)로 누출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 때, 가스켓(15)은 탄성 재료인 고무 소재 예컨대, 실린콘계, 불소계 또는 올레핀계 고무 소재로서 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 연료 전지(100)에 있어, MEA(10)의 가스켓(15)이 종래에서와 같이 핫 프레스 방식에 의해 멤브레인(13)의 가장자리 부분에 접합되면서 제1,2 촉매 활성부(11, 12)의 가장자리 부분과 연결되게 형성되는 경우, 가스켓(15)과 제1,2 촉매 활성부(11, 12) 간 연결 부위의 접합 상태가 취약하거나 가스켓(15)과 접합되는 멤브레인(13)의 가장자리 부분이 프레스 압력을 이기지 못해 깨지는 등의 크랙 현상이 발생할 수 있다. 이로 인해, MEA(10)는 가스켓(15)과 제1,2 촉매 활성부(11, 12) 사이에 소정의 갭을 형성하게 되는 바, 연료 전지(100)의 작용시 애노드부재(40)를 통해 MEA(10)의 제1 촉매 활성부(11)로 분산 공급되는 연료가 가스켓(15)과 제1 촉매 활성부(11) 사이의 갭으로 유입되면서 이 갭에 대응하는 멤브레인(13)을 통해 제2 촉매 활성부(12)로 크로스오버(cross over) 되게 된다. 즉, 가스켓(15)과 제1 촉매 활성부(11) 사이의 갭을 통해 멤브레인(13)을 통과한 연료는 가스켓(15)과 제2 촉매 활성부(12) 사이의 갭을 통해 제2 촉매 활성부(12)로 크로스오버 되게 된다.
이에, 본 실시예에 의한 연료 전지(100)에 있어, MEA(10)는 가스켓(15)이 종래에서와 같이 핫 프레스 방식에 의해 멤브레인(13)의 가장자리 부분에 접합되지 않고, 접착제(20)에 의하여 멤브레인(13)의 가장자리 부분, 및 제1,2 촉매 활성부(11, 12)의 가장자리단에 접착되게 형성되는 구조로서 이루어진다.
구체적으로, 가스켓(15)은 멤브레인(13)의 가장자리 부분을 덮도록 배치되면서 이 멤브레인(13)의 가장자리 부분 또는 이에 상응하는 가스켓(15)의 가장자리 부분에 도포되는 접착제(20)에 의하여 멤브레인(13)의 가장자리 부분에 접착됨은 물론, 이 접착제(20)에 의하여 제1,2 촉매 활성부(11, 12)의 가장자리단에 접착되게 형성된다.
상기에서, 접착제(20)는 가스켓(15)을 멤브레인(13)의 가장자리 부분에 접착시키고, 가스켓(15)과 제1,2 촉매 활성부(11, 12) 사이의 틈새를 막으면서 이 가스켓(15)과 제1,2 촉매 활성부(11, 12)의 가장자리단을 일체로서 접합시키는 기능 외에, 애노드부재(40)를 통해 제1 촉매 활성부(11)로 분산 공급되는 연료가 가스켓(15)과 제1 촉매 활성부(11) 사이의 갭을 통해 제2 촉매 활성부(12)로 크로스오버 되는 것을 차단하는 이른 바 실링수단으로서의 기능도 하게 된다.
본 실시예에서, 접착제(20)는 연료에 대한 접착 안정성이 요구되는 접착 물질 즉, 연료와 반응하여 접착력이 상실되지 않는 접착 물질로서 이루어진다.
이러한 접착제(20)는 아크릴산 접착제, 이소프렌-부타디엔, 설퍼네이트 공중합체, 설퍼-에틸렌 프로필렌 디엔 모노머, 설퍼-부틸계 고분자, 설퍼네이티드 디엔 러버, 에폭시 수지, 폴리우레탄계 접착수지, 및 핫 멜트형 폴리우레탄계 접착수지를 그 예로 들 수 있다.
대안으로서, 이 접착제(20)는 상기에서와 같은 접착 물질로서 이루어지는 것에 반드시 한정되지 않고, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS) 등의 실록산(siloxane)계 고분자, 폴리메틸아크릴레이트(poly methylacrylate), 폴리부틸아크릴레이트(polybutylacrylate), 폴리에틸아크릴레이트(polyethylacrylate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리에틸메타크릴레이트(polyethylmethacrylate), 폴리부틸메타크릴레이트(polybutylmethacrylate), 폴리메틸에타크릴레이트(polymethylethacrylate), 폴리에틸에타크릴레이트(polyethylethacrylate), 폴리부틸에타크릴레이트(polybutylethacrylate) 등의 아 크릴레이트(acrylate)계 고분자, 및 이들 공중합체 로서 이루어질 수도 있으며, 폴리에틸렌-스티렌 블럭공중합체, 폴리부타디엔-스타이렌 공중합체, 폴리부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리부타디엔-스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리이소프렌 등의 고무 소재로서 이루어질 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지(100)의 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 연료는 애노드부재(40)의 제1 유로(42)를 따라 유통되면서 MEA(10)의 제1 촉매 활성부(11)로 분산 공급된다.
이에 따라, 제1 촉매 활성부(11)에서는 연료의 산화 반응을 통해 이 연료 중에 함유된 수소를 전자와 수소 이온(프로톤)으로 분리한다. 이 때, 수소 이온은 MEA(10)의 멤브레인(13)을 통해 제2 촉매 활성부(12)로 이동된다. 그리고, 전자는 멤브레인(13)을 통과하지 못하고 애노드부재(40)를 통해 캐소드부재(60)로 이동하게 된다.
이러는 과정을 거치면서, 본 실시예에 의한 연료 전지(100)는 전자의 이동으로 인해 전류를 발생시키게 되고, 애노드부재(40) 및 캐소드부재(60)가 전류를 집전하는 집전판(41, 61)로서 구성되는 바, 소정 전위차를 갖는 전기 에너지를 출력시킬 수 있게 된다.
이 과정에서, MEA(10)의 가스켓(15)이 접착제(20)에 의하여 멤브레인(13)의 가장자리 부분, 및 제1,2 촉매 활성부(11, 12)의 가장자리단에 접착되고 있기 때문에, 애노드부재(40)의 제1 유로(42)를 통해 유통되는 연료는 접착제(20)에 의해 차 단되어 가스켓(15)과 제1 촉매 활성부(11) 사이의 갭으로 유입되지 않으면서 제1 촉매 활성부(11)로 분산 공급되게 된다.
따라서, 본 실시예에 의한 연료 전지(100)는 상술한 바와 같은 작용에 의하여 연료가 가스켓(15)과 제1 촉매 활성부(11) 사이의 갭을 통해 제2 촉매 활성부(12)로 크로스 오버되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 대기 중의 공기는 자연 확산 또는 대류 작용 등에 의해 캐소드부재(60)의 통기공들(63)을 통과하여 MEA(10)의 제2 촉매 활성부(12)로 분산 공급된다.
이에 따라, 제2 촉매 활성부(12)에서는 MEA(10)의 멤브레인(13)을 통해 이동된 수소 이온, 애노드부재(40)를 통해 이동된 전자, 및 통기공들(63)을 통해 제공되는 공기의 환원 반응에 의해 열, 및 수분을 발생시키게 된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 가스켓을 멤브레인의 가장자리 부분, 및 애노드 전극층과 캐소드 전극층의 가장자리단에 접착시키는 간단한 구조로서 MEA를 구성함에 따라, 연료가 가스켓과 애노드 전극층 사이의 갭을 통해 캐소드 전극층으로 크로스 오버되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 고효율 및 고출력의 MEA를 구현할 수 있으며, 애 노드 전극층으로부터 캐소드 전극층으로 크로스 오버되는 연료에 의해 캐소드 전극층의 내구성이 저하되거나 촉매 활성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 애노드 전극층 및 캐소드 전극층의 전위차가 저하되는 것을 막아 전체 연료 전지의 출력 성능을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 전체 연료 전지에 대한 연료의 이용 효율을 향상시킬 수 있으며, 연료가 대기 중으로 누출되면서 발생할 수 있는 2차적인 문제를 미연에 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 멤브레인을 중심에 두고 이의 양측에 형성되는 촉매 활성부; 및
    상기 멤브레인의 가장자리 부분에 접합되어 상기 각 촉매 활성부의 가장자리단에 연결되게 형성되는 가스켓
    을 포함하며,
    상기 가스켓은 접착제에 의하여 상기 멤브레인의 가장자리 부분, 및 상기 각 촉매 활성부의 가장자리단에 접착되게 형성되는 막-전극 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 접착제가 아크릴산 접착제인 막-전극 어셈블리.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 접착제가 이소프렌-부타디엔(isoprene-butadiene), 설퍼네이트 공중합체(sulfonate copolymers), 설퍼-에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(sulfo-Ethylene Propylene Diene Monomer), 설퍼-부틸(sulfo-butyl)계 고분자, 설퍼네이티드 디엔 러버(sulfonated diene rubber), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리우레탄(polyurethane)계 접착수지, 및 핫 멜트형 폴리우레탄(hot melt type polyurethane)계 접착수지로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 막-전극 어셈블리.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 촉매 활성부는,
    상기 멤브레인의 일측에 형성되는 애노드 전극층, 및 상기 멤브레인의 다른 일측에 형성되는 캐소드 전극층으로서 구성되는 막-전극 어셈블리.
  5. 멤브레인을 중심에 두고 이의 양측에 제1 촉매 활성부 및 제2 촉매 활성부를 형성하여 이루어지는 막-전극 어셈블리;
    연료를 유통시키기 위한 제1 유로를 가지면서 상기 제1 촉매 활성부에 밀착되게 배치되는 애노드부재; 및
    공기를 유통시키기 위한 제2 유로를 가지면서 상기 제2 촉매 활성부에 밀착되게 배치되는 캐소드부재
    를 포함하며,
    상기 막-전극 어셈블리는, 상기 멤브레인의 가장자리 부분에 접합되어 상기 제1,2 촉매 활성부의 가장자리단에 연결되게 형성되는 가스켓을 포함하며,
    상기 가스켓은 접착제에 의하여 상기 멤브레인의 가장자리 부분, 및 상기 제1,2 촉매 활성부의 가장자리단에 접착되게 형성되는 연료 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 접착제가 아크릴산 접착제, 이소프렌-부타디엔(isoprene-butadiene), 설퍼네이트 공중합체(sulfonate copolymers), 설퍼-에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(sulfo-Ethylene Propylene Diene Monomer), 설퍼-부틸(sulfo-butyl)계 고분자, 설퍼네이티드 디엔 러버(sulfonated diene rubber), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리우레탄(polyurethane)계 접착수지, 및 핫 멜트형 폴리우레탄(hot melt type polyurethane)계 접착수지로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 연료 전지.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 촉매 활성부는 애노드 전극층이고, 제2 촉매 활성부는 캐소드 전극층인 연료 전지.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 유로가 상기 애노드부재에 사행(蛇行: meander)의 채널 형태로서 이루어지는 연료 전지.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 유로가 상기 캐소드부재에 복수의 통기공으로서 형성되는 연료 전지.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 애노드부재, 및 상기 캐소드부재가 서로 다른 극성의 전류를 집전하는 집전판으로서 구성되는 연료 전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110690456A (zh) * 2018-07-04 2020-01-14 现代自动车株式会社 具有最小界面电阻的膜电极组件的制造方法
CN112820918A (zh) * 2019-11-15 2021-05-18 株式会社斯库林集团 带辅助衬垫的膜电极接合体及其制造方法和制造装置

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